JP2012504933A - 同期機 - Google Patents

Abstract

本発明は、ベース本体２０と、該ベース本体２０に固定されると共に永久磁石４０を支持する複数の支持体３０ａ、３０ｂとを備える、電気機械の回転子１０に関する。回転子は、互いから或る距離を置いて位置する２つの第１の支持体３０ａが第２の支持体３０ｂの受け入れ領域を形成し、該第１の支持体３０ａを該第２の支持体３０ｂに確実に接続することを可能にすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベース本体と、該ベース本体に固定されると共に永久磁石を支持する複数の支持体とを備える、電気機械、例えば発電機又は電動機の回転子に関する。

上記回転子の構造は長く知られている。同様に長い間、通常は回転子のベース本体の支持体に結合される永久磁石の締結に関する問題が存在する。組み付け作業のために、作業員に対して特別な安全対策が講じられるが、特に、永久磁石によって生成される相当な磁場を理由に、非磁性材料しか作業室に導入されず、特に非磁性工具しか使用されないことを確実にしなければならない。加えて、組み付けられる電気機械の動作に悪影響を与える可能性があるいかなる汚染物質も排除するために、設置はクリーンルームで行われる。

永久磁石を回転子のベース本体の外周に組み付ける場合、特に、近接する支持体に配置される磁石同士が互いに強力な誘引力及び反発力を加えるため、組み付けをかなり困難なものにするという問題が存在する。電気機械の動作中、支持体に作用する遠心力も磁力に加えて存在し、永久磁石及び／又は支持体と回転子のベース本体との間に極めて安全かつ耐久性のある接続を作り出すことが必要となる。

回転子のベース本体と支持体との接続は通常、確実にロックする接続によってなされ、この場合、アリ溝を回転子のベース本体に機械加工し、この中に、ベース本体に形成されるアリ形状のピンを導入することができる。そのような設計は例えば欧州特許出願公開第１４３９６２６号及び独国特許出願公開第１９７０５４３２号から既知である。

この設計によって、支持体、及びしたがって該支持体に取着される永久磁石を、その都度装填することができるように回転子のベース本体にある溝に押し込むことによって連続的に取り付けることができることが確実となるが、この接続の実施は非常に労働力を費やすものであり、必要な製造公差のために高精度を維持する必要がある。したがって、回転子の製造は非常にコスト集約的でもある。

したがって、本発明の目的は、より容易ではあるが全く安全に組み付けることができる電気機械の回転子を製造することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する回転子によって達成される。従属請求項は、本発明の有利な実施の形態を明記する。

ここで、図面に示される好ましい例示的な実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。

本発明による回転子の斜視図を示す。 図１の特に好ましい例示的な実施形態による回転子の軸方向の図の詳細を示す。 図１の回転子の組み付け段階中の軸方向の図の詳細を示す。 さらなる組み付け段階中の回転子の半径方向の図を示す。 図２に示される実施形態に対して代替的である例示的な実施形態による回転子の軸方向の図の詳細を示す。 図２に示される実施形態に対してさらに代替的である例示的な実施形態による回転子の軸方向の図の詳細を示す。

回転子１０のベース本体にフライス加工される溝の代わりに、本発明の基本的な着想は、永久磁石４０の支持体３０ａ、３０ｂを、離間して配置される２つの第１の支持体３０ａの、互いに面するフランジが、該第１の支持体のフランジに対して相補的な設計の第２の支持体３０ｂを押し込むことができる受け入れ領域を形成するように形作ることであり、その結果、第１の支持体３０ａと第２の支持体３０ｂとの間で半径方向の確実な接続が達成される。

回転子１０のベース本体２０に、最初は比較的遠くに離間している２つの第１の支持体３０ａを取り付けることの利点は、永久磁石４０の間で作用する誘引力及び反発力が、より大きい作業距離の場合に最小限に抑えられ、したがって支持体３０ａの取り扱いがより容易になることにある。同時に、作業上の安全性が高まる。

図１は、本発明による特に好ましい設計の回転子を示す。回転子１０は、永久磁石４０を支持する支持体３０ａ、３０ｂが取り付けられるベース本体２０を示す。図１に明記されるように、第１の支持体３０ａは、回転子１０のベース本体２０の外周に第２の支持体３０ｂと交互になるように配置される。

第１の支持体３０ａによって形成される受け入れ領域は、図２において分かるように好ましくはアリ形設計であり、第２の支持体３０ｂ自体もアリ形状である。代替的に又は加えて、第１の支持体３０ａ及び第２の支持体３０ｂは図５及び図６に示すように本実矧ぎ（tongue connection）を有することができる。この工程では、本実矧ぎを、雇い実矧ぎ（tongue and groove connection）のように設計してもよく、要素７０が好ましくは（ほとんど）同一の支持体３０ａ、３０ｂに設けられる溝に導入される。特に好ましくは、要素７０は第１の支持体３０ａ又は第２の支持体３０ｂに堅く接続される。

第１の支持体３０ａ及び第２の支持体３０ｂは好ましくは、同じ重なり合う面積を有して形作られ、第１の支持体３０ａ及び第２の支持体３０ｂは同一の設計であるのが特に好ましく、永久磁石４０は第１の支持体３０ａ及び第２の支持体３０ｂの面する側に取り付けられる。

このために、第１の支持体３０ａは断面を扇形設計とすることもでき、第２の支持体３０ｂはそれに対して相補的な設計とすることができる。

第２の支持体３０ｂは、第１の支持体３０ａによって形成される受け入れ領域に押し込まれるため、第２の支持体３０ｂは受け入れ領域にしっかりと保持され、したがって受け入れ領域により、第１の支持体３０ａの誘引力に屈することが防止される。

第２の支持体３０ｂは、回転子１０のベース本体２０に軸方向に取り付けられていると共に、半径方向に変位しないように確実な接続によって固定されている第１の支持体３０ａ間に押し込まれた後、さらにベース本体２０上で動かなくされる。

例えば風力タービンの同期発電機用に本発明の回転子１０を組み付ける場合、図３及び図４に一例として示すように以下のように行うことができる。

最初に、工具１００を使用して少なくとも２つの第１の支持体３０ａを回転子１０のベース本体２０に近付けて互いに対して或る間隔をあけてベース本体２０に取り付け、第２の支持体３０ｂを第１の支持体３０ａ間に収容することができるようにする。第１の支持体３０ａは、互いの方へ向いているそれらのフランジによって第２の支持体３０ｂの受け入れ領域を形成する。

次いで、第２の支持体３０ｂを、第１の支持体３０ａによって形成される受け入れ領域に押し込むが、第２の支持体３０ｂのフランジが第１の支持体３０ａのフランジに対して相補的な設計であるため、このようにして、第２の支持体３０ｂが半径方向に上昇して離れることに対抗する、第１の支持体３０ａと第２の支持体３０ｂとの間の半径方向の確実なロック接続が生じる。

第２の支持体３０ｂは好ましくは、例えばねじによってベース本体２０に直接締結される。

支持体３０ａ、３０ｂを、例えば第１の支持体３０ａに設けられる植込みねじ（図示せず）を示す、ねじ接続５０によってベース本体２０に締結する場合、特に、組み付け中に、該支持体３０ａがベース本体２０にまだ完全に締め付けられていない可能性があるため、最初は隙間が残っており、したがって、支持体３０ａ、３０ｂを製造するときに最大限の製造公差が可能となる。作業上の安全性をリスクに曝すことなく、第２の支持体３０ｂが第１の支持体３０ａによって形成される受け入れ領域内に移動して初めて、ねじ接続５０を締め付けることによって第１の支持体３０ａ及び第２の支持体３０ｂがそれらの最終的な位置にくる。

次いで、上述した全てのステップを、第１の支持体３０ａ及び第２の支持体３０ｂが全て回転子１０のベース本体２０に取り付けられるまで繰り返す。

代替的に、まず、回転子１０に必要な第１の支持体３０ａを全て回転子１０のベース本体に取り付けることができ、次いで、それらの間に第２の支持体３０ｂを押し込んで動かなくする。

第１の支持体３０ａ及び第２の支持体３０ｂは好ましくは、異なって配置される（ねじ）穴として設計される締結手段を有し、異なる「穴のパターン」を理由に第１の支持体３０ａが第２の支持体３０ｂとは異なるようにすることも考えられる。この場合、締結手段５０はこれらの穴（図示せず）に挿入することができる。この設計は同様に、構造が改善された作業手順のため、作業上の安全性を高めることに寄与する。

支持体３０ａ、３０ｂを回転子１０のベース本体２０に堅く締め付けて、堅く相互接続されているユニットを形成することは、作業工程に関連する上述の態様に加えて、空隙損失を最小限に抑えることができるというさらなる利点を有する。

特に好ましくは、第２の支持体３０ｂのための自由な空間を保持すると共に、第１の支持体３０ａを締結した後であり少なくとも１つの第２のベース本体３０ｂを導入する前に取り外される、少なくとも１つのプレースホルダー６０（いわゆる「ダミー」、図３を参照されたい）が回転子１０のベース本体２０に締結されるように、本発明の方法を行う。これは、第１の支持体３０ａが互いから或る距離を置いて締結されることを保証し、これによって第２の支持体３０ｂを第１の支持体３０ａ間に押し込むことができることが確実になる。このために、プレースホルダー６０は第２の支持体３０ｂとおおよそ同じ寸法を有する。しかし、製造公差を考慮するためにプレースホルダーが第２の支持体３０ｂよりも幾分大きい設計を有することも考えられる。

１０：回転子
２０：ベース本体
３０ａ、３０ｂ：支持体
４０：永久磁石
５０：ねじ接続
６０：プレースホルダー
７０：要素

Claims (14)

1. ベース本体（２０）と、該ベース本体（２０）に固定されると共に永久磁石（４０）を支持する複数の支持体（３０ａ、３０ｂ）とを備える、電気機械の回転子（１０）であって、
   互いから或る距離を置いて位置する２つの第１の支持体（３０ａ）が第２の支持体（３０ｂ）の受け入れ領域を形成し、該第１の支持体（３０ａ）を該第２の支持体（３０ｂ）に確実に接続することを可能にすることを特徴とする、回転子。
2. 回転子（１０）であって、該第１の支持体（３０ａ）によって形成される該受け入れ領域は、アリ形状の断面を示す該第２の支持体（３０ｂ）を収容するようにアリ形状に設計されることを特徴とする、請求項１に記載の回転子。
3. 回転子（１０）であって、該第１の支持体（３０ａ）及び該第２の支持体（３０ｂ）は本実矧ぎを形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の回転子。
4. 回転子（１０）であって、該第１の支持体（３０ａ）及び該第２の支持体（３０ｂ）によって覆われる面積は同一であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転子。
5. 回転子（１０）であって、該第１の支持体（３０ａ）及び該第２の支持体（３０ｂ）は同一の設計であり、該永久磁石（４０）は、該第１の支持体（３０ａ）及び該第２の支持体（３０ｂ）の対向する側に締結されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転子。
6. 回転子（１０）であって、該第２の支持体（３０ｂ）は締結手段（５０）を用いて該ベース本体（２０）に締結されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転子。
7. 回転子（１０）であって、該支持体（３０ａ、３０ｂ）は該ベース本体（２０）の軸に対して軸方向平行に配置されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転子。
8. 該第１の支持体（３０ａ）は断面が扇形であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転子。
9. 該第１の支持体（３０ａ）及び該第２の支持体（３０ｂ）は、異なって配置される締結手段（５０）を示すことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転子。
10. 該第１の支持体（３０ａ）及び該第２の支持体（３０ｂ）に配置される該締結手段は、異なる穴のパターンを形成する穴として設計されることを特徴とする、請求項９に記載の回転子。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転子（１０）を有する同期発電機。
12. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転子（１０）を製造する方法であって、
    少なくとも２つの第１の支持体（３０ａ）を該回転子（１０）のベース本体に締結するステップであって、該第１の支持体（３０ａ）は、互いの方へ向いているそれらのフランジにおいて、その都度該第１の支持体（３０ａ）間に締結される１つの第２の支持体（３０ｂ）の受け入れ領域を形成し、該第１の支持体（３０ａ）を該第２の支持体（３０ｂ）に確実に接続することを可能にする、締結するステップと、
    該少なくとも１つの第２の支持体（３０ｂ）を、該第１の支持体（３０ａ）によって形成される該受け入れ領域に導入するステップであって、該第２の支持体（３０ｂ）のフランジは該第１の支持体（３０ａ）の該フランジに対して相補的な設計である、導入するステップと、
    前記支持体（３０ａ、３０ｂ）が全て該ベース本体（２０）に締結されるまで上記ステップを繰り返すステップと、
    を特徴とする、方法。
13. 第２の支持体（３０ｂ）を、該受け入れ領域に挿入した後で該ベース本体（２０）上で動かないようにすることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 第１の支持体（３０ａ）を締結する前に、該第２の支持体（３０ｂ）のための自由な空間を保持すると共に、該第１の支持体（３０ａ）を締結した後であり該少なくとも１つの第２の支持体（３０ｂ）を導入する前に取り外される、少なくともプレースホルダー（６０）を該回転子（１０）の該ベース本体に締結することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。

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